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Análise Preditiva do Nível de Água no Canal São Gonçalo Utilizando Modelos de Aprendizado de Máquina: uma Abordagem Integrativa para a Gestão Hídrica
dc.creator | Lima, Paulo Ricardo Barbieri Dutra | |
dc.date.accessioned | 2024-12-17T12:49:17Z | |
dc.date.available | 2024-12-17T12:49:17Z | |
dc.date.issued | 2024-05-23 | |
dc.identifier.citation | LIMA, Paulo Ricardo Barbieri Dutra Lima. Análise Preditiva do Nível de Água no Canal São Gonçalo Utilizando Modelos de Aprendizado de Máquina: uma Abordagem Integrativa para a Gestão Hídrica. Orientador: Felipe Marques. 2024. 148 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14690 | |
dc.description.abstract | In the field of hydrology, artificial intelligence models have stood out as effective tools in various research efforts. Accurate prediction of water levels in watersheds and rivers plays a crucial role in flood prevention strategies, inland navigation manage ment, and ensuring domestic water supply. However, a comprehensive analysis of the applicability of these models, especially in the context of predicting water levels in vast datasets, has been scantily explored. This study investigates and compares the performance of various artificial intelli gence models, including dense neural networks, recurrent neural networks, random forest, and support vector regression, in predicting water levels. Additionally, hybrid architectures are proposed to optimize predictive accuracy. The practical evaluation of these models is conducted through a case study in the São Gonçalo Channel. The study encompasses four distinct analyses, each based on datasets developed in col laboration with specialized water engineers. Beyond the comparative evaluation of artificial intelligence models in water level prediction, this work presents an innovative contribution by introducing hybrid architec tures that combine the potential of the ARIMA model with traditional machine learning approaches. The integration of these methods aims to capitalize on the intrinsic ad vantages of both, promoting a combinatorial approach to optimize the accuracy and robustness of hydrological predictions. This hybrid approach reflects a less-explored perspective in the development of advanced strategies for anticipating water levels, suggesting new possibilities to enhance the efficiency of water management systems. The study thus highlights an innovative dimension in the field, contributing to the ad vancement of knowledge and practices in hydrological forecasting. Another significant contribution of this thesis was the meticulous collection and anal ysis of climatological and water level data, serving as the basis for the development of four distinct datasets, each characterized by its specificities. This effort not only ex panded the understanding of the addressed climatological scenario but also facilitated the creation of representative and diversified datasets. The careful selection and ma nipulation of these datasets allowed for a more comprehensive and in-depth approach to predictive modeling, enriching the research with valuable insights into the complex dynamics between climatic factors and water levels. This multidimensional approach strengthens the theoretical and practical foundation of the thesis, contributing to the robustness and relevance of the obtained results. The results obtained reveal that hybrid models demonstrate superior predictive per formance compared to isolated approaches. This finding reinforces the viability and effectiveness of machine learning techniques in the hydrological sphere, highlighting their potential as decision support tools in contexts related to water resource manage ment. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Modelagem preditiva | pt_BR |
dc.subject | Séries Temporais Climatológicas | pt_BR |
dc.subject | Aprendizagem de máquina | pt_BR |
dc.subject | Modelo híbridos | pt_BR |
dc.subject | Predictive Modeling | pt_BR |
dc.subject | Climatological Time Series | pt_BR |
dc.subject | Machine learning | pt_BR |
dc.subject | Hybrid models | pt_BR |
dc.title | Análise Preditiva do Nível de Água no Canal São Gonçalo Utilizando Modelos de Aprendizado de Máquina: uma Abordagem Integrativa para a Gestão Hídrica | pt_BR |
dc.title.alternative | Predictive Analysis of Water Level in São Gonçalo Channel Using Machine Learning Models: An Integrative Approach to Water Management | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/8945780260860926 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0009-0005-4221-3885 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/6155988451217868 | pt_BR |
dc.description.resumo | No âmbito da hidrologia, modelos de inteligência artificial têm-se destacado como ferramentas eficazes em diversas pesquisas. A previsão precisa do nível da água em bacias hidrográficas e rios desempenha um papel crucial nas estratégias de prevenção de inundações, gestão da navegação interior e garantia do abastecimento doméstico de água. Contudo, uma análise abrangente da aplicabilidade desses modelos, especialmente no contexto da previsão do nível de água em conjuntos de dados vastos, tem sido escassamente explorada. Este estudo investiga e compara o desempenho de diferentes modelos de inteligência artificial, incluindo redes neurais densas, redes neurais recorrentes, floresta aleatória e regressão de vetor de suporte, na previsão do nível de água. Além disso, são propostas arquiteturas híbridas visando otimizar a precisão preditiva. A avaliação prática desses modelos é realizada por meio de um estudo de caso no Canal São Gonçalo. O estudo abrange quatro análises distintas, cada uma baseada em conjuntos de dados elaborados com a colaboração de Engenheiros Hídricos especializados. Além da avaliação comparativa de modelos de inteligência artificial na previsão do nível de água, este trabalho apresenta uma contribuição inovadora ao introduzir arquiteturas híbridas que unem o potencial do modelo ARIMA com abordagens tradicionais de aprendizagem de máquina. A integração desses métodos busca capitalizar as vantagens intrínsecas de ambos, promovendo uma abordagem combinatória para otimizar a precisão e robustez das previsões hidrológicas. Este enfoque híbrido reflete uma perspectiva pouco explorada no desenvolvimento de estratégias avançadas para antecipação do nível de água, sugerindo novas possibilidades para aprimorar a eficiência dos sistemas de gestão hídrica. O estudo destaca, assim, uma dimensão inovadora no campo, contribuindo para o avanço do conhecimento e práticas na área de previsão hidrológica. Outra contribuição significativa desta tese foi a meticulosa coleta e análise dos dados climatológicos e de nível de água, que serviram como base para a elaboração de quatro conjuntos de dados distintos, cada um caracterizado por suas particularidades. Esse esforço não apenas ampliou a compreensão do cenário climatológico abordado, mas também proporcionou a criação de conjuntos de dados representativos e diversificados. A cuidadosa seleção e manipulação desses conjuntos de dados permitiram uma abordagem mais abrangente e aprofundada na modelagem preditiva, enriquecendo a pesquisa com percepções valiosas sobre a dinâmica complexa entre os fatores climáticos e os níveis de água. Essa metodologia multidimensional fortalece a fundamentação teórica e prática da tese, contribuindo para a robustez e relevância dos resultados obtidos. Os resultados obtidos revelam que os modelos híbridos demonstram uma performace preditiva superior em comparação com abordagens isoladas. Esta constatação reforça a viabilidade e eficácia das técnicas de aprendizado de máquina na esfera hidrológica, destacando seu potencial como ferramentas de suporte à tomada de decisões em contextos relacionados à gestão de recursos hídricos. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Marques, Felipe | |
dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
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